微电子封装技术

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第四代微电子封装技术—TVS技术及其发展

随着微电子制造由二维向三维发展，三维芯片堆叠的封装方式成为发展的必然方向。但是使用传统金线键合的三维电路封装技术不仅会占用大量空间，同时会增加能耗、降低运行速度。因此，可实现芯片直接互联的TSV技术孕育而生。TSV技术可以使微电子封装达到最密连接，三维尺寸达到最小；同时TSV技术降低了连接长度，可有效降低芯片能耗，提高运行速度。在DRAM芯片制造中使用TSV技术可以使IC器件的性能大幅度提高，其中基于TSV技术开发的混合存储立方体（HMC）可以使存储器性能提高20倍，而体积和能耗缩小到原有1/10。但由于TSV技术本身的缺点使其商业化过程步履艰难。而TSV技术最大的缺点还是在于成本太高。

标签：微电子封装；TSV；金属化；键合；DRAM

引言

自1965年“摩尔定律”[1]提出以来，微电子器件的密度几乎沿着“摩尔定律”的预言发展。到了今天，芯片特征尺寸达到22nm，再想通过降低特征尺寸来提高电路密度不仅会大幅提高成本，还会降低电路的可靠性。为了提高电路密度，延续或超越“摩尔定律”，微电子制造由二维向三维发展成为必然。其方法之一就是将芯片堆叠以后进行封装，由此产生了三维电路封装技术（3D IC packaging）。三维电路封装技术中，芯片电极是通过金线键合的技术来实现电路的导通。如图1a所示，随着芯片叠层的增加，键合金线将占用大量的空间。同时由于连接的延长使得电路能耗升高、速度降低。因此，业界需要一种方法，能够使得硅芯片在堆叠的同时实现电路的导通，从而避免采用硅芯片以外的线路连接。传统半导体工艺主要是针对硅圆片表明进行加工并形成电路，而要实现硅芯片上下层之间的连接，需要一种能贯通硅芯片的加工工艺，即TSV技术（图1b）。早在1958年，半导体的发明人William Shockley，在其专利中就提到过硅通孔的制备方法[2]。而TSV（through-silicon via）工艺的概念在1990年代末才提出，香港应用技术研究院和台湾半导体制造公司于1998年申请相关美国专利[3，4]，而关于TSV技术最早的论文发表于2000年[5]。相比传统金线键合，TSV技术不仅能减少金线所占用的平面尺寸，由于减少了金线焊点使得Z轴方向达到最密连接，三维尺寸达到最小；同时TSV技术降低了连接长度，可有效降低芯片能耗，提高运行速度。

微电子封装技术

第一章绪论

1、封装技术发展特点、趋势。（P8）

发展特点：①、微电子封装向高密度和高I/O引脚数发展，引脚由四边引出向引出向面阵列排列发展；②、微电子封装向表面安装式封装（SMP）发展，以适合表面安装技术（SMT）；③、从陶瓷封装向塑料封装发展；④、从注重发展IC芯片向先发展后道封装再发展芯片转移。

发展趋势：①、微电子封装具有的I/O引脚数将更多；②、应具有更高的电性能和热性能；③、将更轻、更薄、更小；④、将更便于安装、使用和返修；⑤、可靠性会更高；⑥、性价比会更高，而成本却更低，达到物美价廉。

2、封装的功能（P19）

电源分配、信号分配、散热通道、机械支撑和环境保护。

3、封装技术的分级（P12）

零级封装：芯片互连级。

一级封装：将一个或多个IC芯片用适宜的材料（金属、陶瓷、塑料或它们的组合）封装起来，同时在芯片的焊区与封装的外引脚间用如上三种芯片互连方法（WB、TAB、FCB）连接起来使之成为有实用功能的电子元器件或组件。

二级封转：组装。将上一级各种微电子封装产品、各种类型的元器件及板上芯片（COB）一同安装到PWB或其它基板上。

三级封装：由二级组装的各个插板或插卡再共同插装在一个更大的母板上构成的，立体组装。4、芯片粘接的方法（P12）

只将IC芯片固定安装在基板上：Au-Si合金共熔法、Pb-Sn合金片焊接法、导电胶粘接法、有机树脂基粘接法。

芯片互连技术：主要三种是引线键合（WB）、载带自动焊（TAB）和倒装焊（FCB）。早期有梁式引线结构焊接，另外还有埋置芯片互连技术。 第二章芯片互连技术（超级重点章节）

1、芯片互连技术各自特点及应用

引线键合：①、热压焊：通过加热加压力是焊区金属发生塑性形变，同时破坏压焊界面上的氧化层使压焊的金属丝和焊区金属接触面的原子间达到原子引力范围，从而使原子间产生引力达到键合。两金属界面不平整，加热加压可使上下金属相互镶嵌；加热温度高，容易使焊丝和焊区形成氧化层，容易损坏芯片并形成异质金属间化合物影响期间可靠性和寿命；由于这种焊头焊接时金属丝因变形过大而受损，焊点键合拉力小（＜0.05N/点），使用越来越少。②、超声焊：利用超声波发生器产生的能量和施加在劈刀上的压力两者结合使劈刀带动Al丝在被焊区的金属化层表明迅速摩擦，使Al丝和Al膜表面产生塑性形变来实现原子间键合。与热压焊相比能充分去除焊接界面的金属氧化层，可提高焊接质量，焊接强度高于热压焊；不需要加热，在常温下进行，因此对芯片性能无损害；可根据不同需要随时调节

第38卷第9期2008年9月鼋珲俄

ElectricWeldingMachineV0l-38No．9Sept．2008

微电子封装与组装中的微连接

技术的进展

张金勇。。武晓耕2，白钢’

(1．西北工业大学材料学院，陕西西安710072；2．西北工业大学科技处，陕西西安710072)

Developmentofmicrojoiningtechnologyinmicroelectronicspackagingandassembly

ZHANGJin—yong’，WUXiao—geng2，BAIGang’

(1．SchoolofMaterialsScience，NorthwesternPolytechnicalUnivercity，Xi’an710072，China；2．Departmentofscience

andtechnology，NonhwestemPolytechnicalUnivercity，Xi’an710072，China)

Abstract：Thispaperintroducesmicrojoiningtechnologyinmicroelectronicspackagingandassembly．Accordingtothedevelopment

ofthemicroelectronicspackagingandassembly，thispapersummarizesthedevelopmentofvariouschipbondingtechniquessuchas

wirebonding(WB)，tapeautomatedbonding(TAB)，flipchipsolderbumpbonding(FCSBB)andflipchipmicronbumpbonding(FCMBB)，aswella9thewave—soldering，reflow—solderingwhichareappliedintheautomaticandmass—productionmicroelectronicsassembling．Thepaperalsointroducesthecurrentappliedstatusoflead—freesolders，andcompamswiththecharacteristicsofthelead—freesolders

微电子封装技术范文

一、简介

微电子封装技术是指用于将微电子元件和集成电路封装在一起，作为一个完整的系统的技术。它主要用于控制电子元件、模块的显示、操作、维护、安装等。该技术的实现，一般是通过把封装后的微电子元件或集成电路组装成一个模块，并安装到一个安装面板上，使其与外部连接成为一个完整的系统。

二、特点

1、电子性能好：微电子封装技术一般采用材料的灵活性，能够有效地改善电子产品的性能，从而满足用户对性能要求。

2、可靠性高：由于微电子封装技术能够改善电子器件的可靠性，因此可以使得产品的可靠性得到很大的提高。

3、易于操作：由于封装技术能够把电子元件或集成电路组装成完整的模块，并且这些模块能够很容易地安装在一个安装面板上，使得电子设备的操作变得非常简单方便，而且能够减少维护和检修的工作量。

4、减少占地面积：由于所有的电子元件可以放在一个封装模块上，因此减少了电子设备的占地面积，从而能够减少电子设备的安装空间。

三、流程

1、封装结构设计：在这一步中，先根据电路的功能需求，确定封装的结构形状，包括封装件的结构、位置和定位方式等。

2、封装制造：根据设计的封装结构，使用压力铸造机、电子焊接机、注塑机等机械